实验室分析仪器--傅立叶变换回旋共振分析系统结构特点
早在20世纪50年代就有Sommer等人设计一种欧米茄回旋加速器以精确测定质子的质荷比。Varian公司在1966年在此基础上生产了第一台离子回旋共振质谱仪，这是今日的FT-ICRMS的雏形。半个世纪的发展从残余气体分析到今日成为有机领域乃至生化领域内满足各种分析要求的高性能质谱仪，这应当归功于高新技术的发展，尤其在20世纪80年代中期的傅立叶变换技术的进展。以后凭借着超导、计算机技术使其成为目前比较完善和广泛应用于前沿领域研究的有力工具。
傅立叶变换回旋共振仪的分析器是由六面体组成的一个阱室，其示意图下图所示。图中，前后为一对信号检测的接收极（设定该方向为Z轴）；左右为一对阱电极，离子可以在阱室中产生（如电子电离），也可以将离子从左孔中引入；上下一对是信号发射的传输极（设定该方向为Y轴）。超导的磁场将沿着阱电极的方向通过（设定为X轴），在图中标出了磁场B。实际上可以不用六面体的阱室而改用圆柱体、双曲面体，不过原理还是相同的，只是在电场的均匀性和对称性上有差异。当质量为m，电荷量为q，以v做匀速运动的离子，在阱室内受到磁场B的作用，导致该离子在垂直于磁场B的平面上做圆周运动，这样，得到如下的关系式，qvB=mv²/R ,离子做圆周运动的旋转频率f=v/（2πR），进一步改变为：
f=1. 5356X10⁷B/m
如果在垂直于阱电极方向，即y轴，给予一个与离子回旋频率相同的射频，则该离子将吸收射频信号的能量。当激发的脉冲频率消失，阱室内离子的运动速度增加，从而导致回旋半径增大。这种回旋运动（呈阿基米德螺旋状）使离子逐渐靠近信号检测的接收极（即z轴方向上的一对电极，如下图所示），使接收极被感应而产生与射频相同的感应信号，并在负载上形成映象电流。使用频率合成器施放的频率扫描以满足不同质量的离子各自回旋频率共振吸收的需要。阱室内有许多不同质荷比离子，它们都做同步的回旋运动，所以接收极上的感应信号是多种频率信号的叠加，并且映象电流的振幅是随着时间的延长逐渐衰减。根据数学方法可以把时间函数描述为时域谱，而经傅立叶变换转为频域谱，而频域谱也就能换算为质量谱，这样，各种频率相当于各种质荷比 的离子质量，而感应射频信号的强度与相应质荷比离子的数目成正比，由此形成了质谱图。 随着质谱新技术的发展，FT—ICRMS也不断经历了技术革新，首先是包括EI源在内的各种离子源(如Cl、FAB、LSIMS、 MALDI、API等)的装备。当然重要的措施是外接离子源，将离子源与分析室相分离，利用离子导入技术使FT—ICRMS的性能得到很大的提高。不过与其他仪器的离子导入不同，ICR的问题要复杂得多，因为它不只是离子光学的问题。以低磁场的离子源出来的离子沿超导磁铁的轴线方 向进入高磁场时，磁铁的磁矩能将轴向的线性运动转变为垂直于轴的平面上的回旋运动，也就导致离子的反射（此称磁镜效应），除非离子的引入过程中保持和磁力线平行。由于超导磁铁的线圈为轴状对称，因而沿磁场的对称轴引入就可避免这一效应。离子引入的方式有并列的双离子阱室、四极杆离子导管、静电离子聚焦透镜等，常推荐的为后两种。除了在FT—ICRMS 上与气相、高效液相以及电泳联用外，还 可通过软件调控在反应池中进行MS⁵的检测。它的碰撞诱导离解既可以在离子动能为几千电子伏下的高能碰撞，也可以在＜leV下和真空度133X10⁻⁸~133X10⁻⁵Pa(10-8~10-5mmHg)时的低能离子一分子反应，后者类似自身化学电离模式，所以，它的信息是丰富多彩的。归纳起来，FT—ICRMS 有如下特点。
一、高精度测定离子的精确质量 根据频率与质荷比的关系，借助直接测量离子回旋的频率而确定离子的精确质量。由超导磁体产生的磁场很稳定，而频率是一种能准确测量的量值，只要保持分析池足够的超高真空，在高质量范围上测定精度优于2×10⁻⁶，而外标法的测定精度也在10⁻⁶量级。
二、超高的分辨率 仪器的分辨率有下述关系式：
R= (½)ω τ=πf ₀τ≈/Bτ (2m/e)
式中 f₀——一级谐振频率；
w——离子回旋运动的角频率；
τ——离子做回旋运动的信号衰减时间常数。
R与被测的离子质量有关，在低质量端测定的分辨率可达到10⁸，而在高质量端（如数千道尔顿）可达上万，这是目前其他质谱仪器所不及的。当然，磁场强度的增加也有利于分辨率的提高，现代的仪器都达到7T磁场强度。
三、 高灵敏度 仪器的灵敏度与分辨率无关，与离子本身的质量无关，它的ESI源、MALDI源的灵敏度目前均在fmor量级。而所有其他质谱仪器或者是与分辨成反比，或者是与被测离子的质量有不同程度的相关。
四、大的质量测定范围 质量范围高达10000u，它与ESI技术的结合实现多电荷离子的精确质量测定，使它能够步入直接研究生物大分子的范畴。
总之，FT — ICRMS所具有的组合特点是其他质谱仪器所不及，因而使它成为今日有机和生物质谱实验室中最为重要的技术手段，当然也是最为昂贵的仪器。
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